工具和顯示設備

指示設備或顯示元件是信息顯示設備的基礎，旨在將電信號轉換為可見形式。

指示燈 - 使用電流加熱的白熾燈絲發出的光。它們是帶有白熾燈絲的微型燈，照亮指示器和按鈕或某些圖像、標誌、符號的彩色外殼（過濾器）。

電致發光指示器——某些物質在電場影響下發出的光。例如真空熒光指示劑。它們是帶有陰極的多陽極燈，發射電子，以及控制指示器電流的柵極。陽極以覆蓋有磷的合成段的形式製成。當電子與陽極表面碰撞時，所需顏色的熒光粉就會發光。將單獨的電源電壓施加到每個陽極。

它們以前被廣泛使用，現在正被其他類型的指標所取代。它們允許獲得大量具有不同顏色和高亮度的元素和字符。

電子束裝置——基於電子轟擊時磷光體的發光。

陰極射線器件最突出的代表是陰極射線管（CRT）。 CRT 是一種電子真空設備，它使用以電場和/或磁場控制的電子束形式集中的電子束，並在特殊屏幕上創建可見圖像（圖 1）。

它們被用於示波器——用於監控電子過程，用於電視（顯像管）——用於轉換包含有關傳輸圖像的亮度和顏色信息的電信號，用於雷達成像設備——用於將包含有關周圍空間信息的電信號轉換為可見圖像。

圖 1 — 電子束管的構造

它們被液晶顯示器大量取代：CRT 顯示器停產，CRT 電視正在衰退。

氣體放電（離子）裝置 - 氣體輝光用於放電。

它們由一個密封的圓筒組成，電極焊接在其中（在最簡單的情況下，陽極和陰極 - 氖燈），並在低壓下填充惰性氣體（氖氣，氦氣，氬氣，氪氣）。當施加電壓時，觀察到氣體輝光。輝光的顏色由填充氣體的成分決定。用於表示交流或直流電壓。

今天，氣體放電設備等離子麵板用於生產。

等離子麵板 PDP（等離子顯示面板）是封裝在兩塊玻璃之間的單元矩陣。每個電池都覆蓋著磷（相鄰電池形成三種顏色的三元組——紅色、綠色和藍色 R、G、B），並充滿惰性氣體——氖氣或氙氣（圖 2）。當電流施加到電池的電極時，氣體轉變為等離子體狀態並導致磷光體發光。

圖 2 — 等離子麵板電池的設計

等離子麵板的主要優點是屏幕尺寸大——通常從 42 英寸到 65 英寸不等。此外，還可以將單個面板組裝成大屏幕，用於音樂廳、體育館、廣場等。

等離子麵板具有高對比度（黑色和白色之間的差異）、寬視角和寬工作溫度範圍。

除了優點，也有缺點：只有大尺寸面板，熒光粉逐漸“燃燒”，能耗相對較高。

半導體指示器 - 工作原理基於 p-n 結區域的光量子發射，施加電壓。

區分：

— 離散（點）半導體指示器 — LED；

— 字符指示器 — 顯示數字和字母；

— LED 矩陣。

LED 或發光二極管（LED — Light Emission Diodes）因其結構緊湊、能夠接收任何顏色的發射光、沒有易碎的玻璃燈泡、低電源電壓和易於切換而得到廣泛應用。

LED 由一個或多個發射輻射的晶體（圖 3）組成，它們與透鏡和反射器位於同一外殼中，反射器在光譜的可見或紅外（不可見）部分形成定向光束。

圖 3 —​​ LED 的構造

一個例子。圖 4 顯示了將 LED 切換到 12 V 電源的示意圖。直接連接時二極管兩端的壓降約為2.5V，因此需要串聯導通淬滅電阻。為確保足夠的亮度，二極管電流應在 20 mA 量級。需要確定阻尼電阻R的阻值。

圖 4 — 打開 LED 的方案

為此，我們確定電阻上必須下降（關閉）的電壓：UR = UP — UVD = 12 — 2.5 = 9.5 V

在給定電壓下在電路中提供給定電流，根據 歐姆定律 我們確定電阻器的阻值：R = UP / I = 9.5 / 20 • 10-3 = 475 Ohm

然後選擇最接近的較大標準電阻值。對於此示例，您可以選擇最接近的值 470 歐姆。

大功率 LED 用作室內和室外照明、泛光燈、交通信號燈和汽車前燈的光源。當需要高性能時，慣性性能使 LED 不可或缺。

將七個 LED 組合到一個外殼中，可以創建一個七段字符指示器，可以顯示 10 個數字和一些字母。在圖中所示的指示器中（圖 5），陽極與二極管共用，為其提供電源電壓，陰極連接到將它們連接到盒子的電子開關（晶體管）。通常字符指示器由微電路控制。

圖 5 — 標誌性的半導體指示器

LED 矩陣（模塊）— 一定數量的 LED 以完整塊的形式製成並帶有控制電路。模具用於生產 LED屏幕（LED顯示屏）.

液晶顯示器 (LCD) — 基於液晶在電場影響下光學特性的變化。

液晶 (LC) 是具有晶體特徵的分子有序排列的有機液體。液晶對光線是透明的，但在電場的影響下，它們的結構被擾亂，分子隨機排列，液體變得不透明。

根據工作原理，LCD 顯示器的區別在於在由背光源（放電燈或 LED）產生的透射光（通過透射）和在指示器（用於反射）中反射的任何光源（人工或自然）的光下工作) 。工作燈用於顯示器、手機顯示屏。反光指示器存在於儀表、時鐘、計算器、家用電器顯示器等中。

此外，許多指示燈在明亮的條件下使用可切換的背光，在低光照條件下打開背光以降低功耗。

圖 6 — 液晶反射指示器

圖 6 顯示了反射式 LCD 顯示器。在兩個透明板之間有一層液晶（層厚 10 — 20 µm）。上板具有線段、數字或字母形式的透明電極。

如果電極沒有電壓，則 LCD 是透明的，外部自然光的光線穿過它，被下鏡面電極反射並返回——我們看到一個空白屏幕。當在任何一個電極上施加電壓時，該電極下方的液晶顯示器就會變得不透明，光線無法通過那部分液體，然後我們就會在屏幕上看到一個段、數字、字母、符號等。

液晶指示器具有許多優點，其中包括極低的功耗、耐用性和緊湊性。

今天，液晶顯示器（LCD monitors - liquid crystal display - liquid crystal monitors, TFT monitors - LCD matrix using thin-film transistors）是主要的顯示器和電視接收器類型。